随后，郑军乘胜追击，相继攻占了长泰、同安、南安、安溪、永春、德化等县，并对泉州形成了围攻之势。郑经见状，于同年七月封刘国轩为武平伯、征北将军，以表彰他的赫赫战功。然而，围攻泉州两个月后，清军的援兵陆续到达，刘国轩不得不调整战略，指挥军队应对清军的攻势。
同年九月十九日，刘国轩与耿精忠等清军将领在长泰进行了一场激战，结果郑军败退，刘国轩凭借深沟高垒，退守海澄。这次失利给郑军带来了不小的打击，但刘国轩并没有放弃，而是继续努力维持军队的士气。
1679年，面对清廷实行的迁界禁海政策，郑军的粮饷来源受到了严重威胁，金门和厦门两地的居民负担加重，怨声载道。为了缓解百姓的压力，刘国轩自请停发自己的俸禄，并为麾下士兵提供三个月的额外军饷。其他将领如吴淑、何佑、江胜、林升等人也跟随刘国轩的脚步，自请停发俸禄，共同分担困难。
同年七月，刘国轩仅用一夜的时间就筑起了浔尾寨，展现了他卓越的军事组织能力。十月，他又着手修建丙州城，但尚未完工就遭遇了清军数万大军的袭击。面对强敌，刘国轩率领数千士兵坚守阵地，英勇抵抗，成功斩杀了清军将领巴石兔等人，使得清军不敢轻易进攻，确保了金门和厦门的安全。
四、掌握军权
1680年，郑经统治下的台湾面临了前所未有的危机。这一年二月，郑经的心腹施明良秘密勾结清廷总督姚启圣，计划捉拿郑经献给清朝。刘国轩得知消息后，果断行动，迅速处决了施明良，避免了可能发生的政变。然而，此时郑军的水师刚刚遭受重大损失，不得不退守金门。海澄守将苏戡（一作苏侃）献城投降清军，导致金门和厦门失去了重要的屏障。在这种情况下，无论是郑经本人还是郑军的将士们都失去了继续坚守的信心。刘国轩也意识到局势已经难以逆转，因此做出了放弃金门和厦门两岛的决定，率领军队撤回台湾。
郑军撤回台湾后，原本留守台湾的东宁 总 制 陈永华失去了支持。陈永华在台湾有着较高的威望，负责管理台湾的兵马和守卫事宜。然而，侍卫冯锡范对陈永华怀有嫉妒之心，企图夺取他的兵权。冯锡范与刘国轩的关系微妙，冯锡范利用这一关系，逐步排挤陈永华。同年五月，陈永华被解除职务，他所统领的兵马全部转交给刘国轩管辖。几个月后，陈永华在抑郁中去世。
撤回台湾后，郑军并未立即遭到清军的大规模攻击。清廷认为水师尚未准备充分，加上台海的恶劣天气条件，暂时搁置了进攻台湾的计划。在此期间，刘国轩加强了水师的训练，并严密布防，同时也不时表现出对福建的野心。
1681年正月二十八日，郑经去世，引发了关于继承权的争端。郑经的长子郑克臧被视为合法继承人，他已经成年，并且担任监国多年，各方面评价都很高。然而，冯锡范希望让自己的女婿、年仅十二岁的郑克塽继位。冯锡范与刘国轩商议此事，起初刘国轩犹豫不决，但最终还是支持了冯锡范的主张。不久之后，冯锡范与郑经的其他儿子以郑克臧非嫡出之子的理由将其杀害，确立了郑克塽为延平王。
五、澎湖兵败
1682年，随着清朝福建水师提督施琅提出专 征 权 ，准备武力攻台，台湾局势再度紧张起来。福建总督姚启圣则倾向于通过招抚的方式来解决台湾问题。面对即将到来的战争，刘国轩尝试通过外交手段解决问题，他向清政府提议，台湾可以仿照琉球、朝鲜那样成为大清的属国，只需称臣进贡而不需剃发、不登岸。然而，这一提议并未得到清廷的认可。
1683年五月，施琅率领清军水师正式进兵台湾。刘国轩深知双方实力悬殊，但他仍然尽力布防，寄希望于六月份台湾海峡常见的飓风天气能够为郑军带来优势。然而，施琅熟悉水师作战，对台风季节有着充分的准备。
六月十四日，施琅率领清军出兵澎湖，刘国轩指挥郑军迎战。十六日，两军在海上交战。然而，直到二十二日，海面风平浪静，郑军在海战中处于劣势，最终大败。刘国轩无奈之下只好率残部退回台湾。
施琅占领澎湖后，为了尽快结束战事，从投降的郑军将领中挑选出刘国轩的亲信，派遣他们前往台湾劝说刘国轩投降，并承诺给予高官厚禄。经过此次惨败，刘国轩已经失去了继续战斗的决心。此时，台湾岛上人心惶惶，部分人甚至打算趁乱作乱。刘国轩一方面敦促郑克塽和冯锡范等人尽快作出决定，另一方面积极维持岛内的社会稳定，并阻止了一些将领打算逃往吕宋（今菲律宾）的图谋。
六、仕清生涯
1683年，随着郑克塽向清朝请降，台湾正式纳入清朝版图。刘国轩在澎湖之战后的决策起到了关键作用，他不仅确保了台湾与大陆的和平统一，还为台湾岛内的稳定做出了贡献。次年，也就是1684年三月初六日，清政府正式任命刘国轩为天津总兵。四月初二日，刘国轩告别京城，前往天津赴任。临行前，康熙皇帝给予了他特别的嘉奖，显示出对其贡献的高度认可。
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